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Zemax光学设计实例(103)---一个16X 艾尔弗广角目镜的设计

2021-12-20 10:58| 发布者:Davis| 查看:1614| 评论:0|原作者: 小小光08

摘要:本文介绍了使用Zemax光学设计软件设计一个广角小畸变的艾尔弗目镜的过程,其中包括了目镜的特点、设计指标以及仿真过程,并重点讲述了焦距、像差、视场角和畸变等关键问题。若您需要进行光学设计,Zemax是一款非常实用的软件。

 
引言:
目镜是以眼睛作为接收终端的特殊光学仪器,是望远镜、显微镜等目视光学仪器的重要组成部分,使用时它的入瞳与人眼的瞳孔重合,位于目镜以外。
目镜的作用是把物镜所成的实像进行二次放大,成像于无穷远或明视距离处,供眼睛观察。
入瞳与第一片透镜的间距(入瞳距)Lp,又称为“镜目距”或“眼点距(eye relief)”。
目镜有以下特点:
(1)  目镜自身没有孔径光阑,物镜的光阑才是它的孔径光阑,孔径光阑经由目镜成的像是目镜的入瞳,入瞳的直径和位置由物镜和目镜共同决定。
(2)  目镜一般带有视场光阑。视场光阑是目镜后焦面上的一个镜框,它限定了物方和像方视场角。
(3)  由于目镜的像位于眼的明视距离250mm处,目镜的“物“则位于后焦面,所以它的放大倍率由焦距决定:

焦距越短,倍率越高,目镜倍率一般位于5X~25X内。
(4)  目镜是短焦距、大视场、小孔径系统,设计时主要考虑轴外像差。
(5)  镜目距Lp与焦距的比

一般ρ>1的目镜称为长镜目距物镜(long-eye-relief eyepiece)。
 
设计指标:
设计一个广角小畸变目镜,视场角70°,放大倍率16X,采用变形的艾尔弗目镜结构。
波段/um
F
ω
y`/mm
f`/mm
Lp/mm
BFL/mm
VL/mm
ρ
VIS
5.1
35°
11.0
15.74
11.6
6.2
33.1
0.74
 
设计仿真:
首先输入系统特性参数,如下:
在General系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”,并根据设计要求输入“3.086(=15.74/5.1)”;


在视场设定对话框中设置3个视场,要选择“Angle”,如下图:


在波长设定对话框中,设置F,d.C(Visible),如下图:


LDE的初始结构,如下图:


第一片、第二片采用高折射率、低色散的H-ZLAF68(1.883,40.8),第三片、第五片透镜采用超高折射率、高色散的D-ZF93(2.007,20.7),第四片透镜采用D-ZPK1A。
 
按F6打开MFE,分别添加以下操作数:


ANGLE FIELD模块,用于监视视场角:
RANG,监视第1面1视场的光线与光轴的夹角(弧度值);
CONS,设置一个常数,=180/π。
PROD,操作数2×操作数3,将弧度值转换为角度值。
EFFL AND HEIGHT模块:
EFFL,监视EFL。
REAR,监视像面上像高。
EYE RELIEF模块和IMAGEDISTANCE模块,用于控制第1面(镜目距)和像面的间隔;
DT AND LATERAL COLOR模块:
DIMX,用于控制最大视场的畸变,目标值8%并给权0.02;
LACL,用于控制垂轴像差,目标值0并给权1;
BOUDING FOR THE THICKNESS OF CENTERS AND EDGES模块,用于控制各个透镜组的中心、边缘与间隔厚度。
将前后组lens的曲率与厚度都设置为变量,然后优化。
查看2D Layout,如下图:

查看畸变,如下图:


从上图看出,在大视场下畸变也非常小(1.1%)。




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雷人

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鲜花

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